NL1011017C2

NL1011017C2 - Inrichting voor het positioneren van een wafer.

Info

Publication number: NL1011017C2
Application number: NL1011017A
Authority: NL
Inventors: Vladimir Ivanovich Kuznetsov; Sijbrand Radelaar; Jacobus Cornelis Gerard Sanden; Theo Anjes Maria Ruijl
Original assignee: Asm Int
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-31
Also published as: TW412825B; JP2003511847A; EP1252649A2; US6719499B1; NL1011017A1; KR20010110340A; WO2000042638A2; KR100661891B1; WO2000042638A3; JP4596650B2; AU2331200A

Description

Inrichting voor het positioneren van een wafer.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het zwevend opnemen van een wafer bijvoorbeeld voor de behandeling of transport daarvan, omvat-5 tende een opneemkamer die aan ten minste de onderzijde daarvan voorzien is van behandelingsgastoevoeropeningen teneinde de wafer in zwevende positie te houden, welke inrichting voorzien is van waferpositioneermiddelen nabij ten minste een eind-begrenzing daarvan.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Nederlandse octrooi 1003538 ten name 10 van ASM International N.V. Daarin wordt het individueel behandelen van wafers beschreven. Een wafer wordt opgenomen in een reactor waarbij de afstand tot de wanden van de reactor verhoudingsgewijs klein ingesteld zijn. Zo kan een bijzonder snelle warmteoverdracht plaatsvinden. Het is mogelijk in enkele seconden een verhitting tot ver boven de 1000°C te verwezenlijken. Omdat de wafer daarbij in principe niet ondersteund 15 behoeft te worden, maar door de gasstromen nauwkeurig gedefinieerd op zijn plaats gehouden wordt, worden plaatselijke temperatuurverschillen door mechanisch contact vermeden. Door de zeer gelijkmatige opwarming van de wafer zijn genoemde korte opwarmtijden mogelijk zonder dat kromtrekken van de wafer optreedt. Vanwege de grote warmtecapaciteit van de reactor en de relatief kleine warmtecapaciteit van de wafer in 20 combinatie met de effectieve warmte-overdracht tussen de wanden van de reactor en de wafer waardoor de wafer in korte tijd de temperatuur van de reactorwand aanneemt, kan deze snelle opwarming van de wafer worden bereikt met een betrekkelijk gering piekvermogen van de verwarmingsmiddelen van de reactor. Door de snelle opwarming van de wafer kan de totale behandelingstijd verkort worden waardoor een dergelijke be-25 handeling concurrerend wordt met het batch-gewijs behandelen van een reeks wafers terwijl de consequenties van mislukkingen beperkt blijven tot slechts een wafer.

In de stand der techniek is voorgesteld het benedendeel van de kamer te voorzien van in verticale richting verplaatsbare pennen voor het in beladings- en ontladingspositie brengen van de wafer. Dergelijke pennen werken niet tijdens het bedrijf omdat dan de 30 wafer zich in zwevende toestand dient te bevinden. Door het op passende wijze regelen van de toevoer van gas voor de verschillende aan tegenoverliggende zijden van de wafer liggende openingen in de begrenzing van de kamer waarin de wafer opgenomen is, kan deze op zeer stabiele wijze zwevend gehouden worden.

101 1017 2

Hoewel de wafer in axiale (verticale) richting absoluut stabiel is in zwevende toestand, is gebleken dat de positionering in radiale (horizontale) richting problemen geeft: de wafer kan in radiale richting te gemakkelijk bewegen. Dit heeft te maken met de positie van de gastoevoer- en afvoeropeningen van de reactor die beschouwd kunnen 5 worden als een luchtlager of gaslager. Bij een radieel luchtlager bekend in de stand der techniek wordt de lucht toegevoerd aan de buitenzijde van de te ondersteunen schijf en de lucht wordt afgevoerd via een opening in het hart van de te ondersteunen schijf, dit leidt tot een stabiele radiale positionering. In onderhavige toepassing is deze vorm echter niet bruikbaar omdat dit resulteert in sterke drukverschillen over het oppervlak van de wafer, 10 terwijl een eis voor een uniform procesresultaat is dat het bereik waarover de druk over de wafer varieert niet groter is dan ± 2,5%. In de reactor beschreven in Nederlands Octrooi 1003538 ten name van aanvrager wordt stabiele positionering bereikt door de gasafvoeropeningen te positioneren langs de omtrekszijde van de reactorwand. Gebleken is dat, wanner de wafer in de richting van een afvoeropening beweegt, door afsluiteffect 15 van de afvoeropening een locale drukverhoging ontstaat nabij de afVoer en de wafer vanaf een dergelijke afvoeropening weggedreven wordt.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een inrichting te voorzien waarmee radiale positionering van de wafer tijdens bedrijf, d.w.z. tijdens behandeling, op zeer nauwkeurige wijze mogelijk is.

20 Dit doel wordt bij een hierboven beschreven inrichting verwezenlijkt doordat die positioneermiddelen omvatten een gasafvoer en een gastoevoer, zodanig uitmondend in die opneemkamer dat bij een verplaatsing van de wafer vanuit de beoogde positie de stromingsweerstand tussen gasafvoer en gastoevoer toeneemt aan die zijde van de wafer in de richting waarvan de verplaatsing is opgetreden zodat door drukopbouw de wafer 25 naar de beoogde positie wordt teruggedreven.

Volgens de uitvinding wordt gas nabij de omtreksrand van de wafer uit de inrichting afgevoerd. Beweegt de wafer zich uit de optimale gecentreerde positie, dan wordt ter plaatse de gasafvoer belemmerd. Daardoor neemt ter plaatse de gasdruk toe. Aan de tegenoverliggende zijde kan eventueel de gasafvoer in een dergelijke toestand 30 bevorderd worden waardoor de druk verlaagt. Dit geeft een verder stuwend effect in de juiste richting. De afvoer kan een omtreksring of een aantal langs de omtrek van de kamer begrensd door het bovendeel en benedendeel van de inrichting aangebrachte openingen omvatten. Het afgevoerde gas kan het behandelingsgas zijn maar kan 1011017 3 eveneens een afzonderlijk positioneringsgas zijn waardoor de toevoer van behandelingsgas onafhankelijk van de toevoer van positioneringsgas geregeld kan worden.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding wordt nabij de 5 eindbegrenzing van de wafer, d.w.z. dicht bij de afvoeropening voor de gassen, een extra opening aangebracht voor het inbrengen van een positioneergas. Dit gas beweegt over een niet nuttig gebruikt deel van het oppervlak van de wafer en creëert geen wezenlijke drukverschillen. Daardoor kan dit gas in verhoudingsgewijs grote hoeveelheid toegevoerd worden zonder dat daardoor onacceptabele drukverschillen ontstaan. Dat wil 10 zeggen, toevoer van het gas voor het positioneren beïnvloedt de behandeling van de wafer niet, maar stabiliseert de radiale positie daarvan in de betreffende kamer wel. Dergelijke drukverschillen worden volgens een voorstel beperkt tot ±2,5%.

In principe is een aantal oplossingen mogelijk voor de onderlinge positionering van de gasafvoeropening en de positioneergastoevoeropening.

15 Volgens een eerste variant ligt de hartlijn van de gasafvoeropening gelijk met de hartlijn van het middelvlak van de behandelingskamer. Hierbij wordt aangenomen dat de wafer zich in de gebruikstoestand in het midden van die behandelingskamer bevindt. Door het naar de gasafvoeropening bewegen van de wafer wordt deze opening min of meer afgesloten waardoor een wegdrukkende kracht ontstaat. De 20 positioneergastoevoeropeningen zijn bij deze uitvoering bij voorkeur in hoofdzaak loodrecht op het middelvlak van de te behandelen wafer aangebracht.

Volgens een variant worden deze posities van gastoevoer- en gasafvoeropeningen precies omgekeerd.

Zowel de gasafvoeropening als de positioneergastoevoeropening kunnen op elke 25 in de stand der techniek bekende wijze uitgevoerd zijn. De positioneergastoevoeropening kan bestaan uit een aantal volgens een cirkel(deel) aangebrachte openingen. Indien een volledige cirkel beschreven wordt, ligt de wafer naar alle radiale richtingen in een gecontroleerde positie. Het is ook mogelijk slechts een cirkeldeel te beschrijven, hetgeen van belang is indien de wafer afkomstig is uit een toevoerkanaal dat op de 30 behandelingskamer aansluit. De positioneergastoevoeropening kan eveneens als doorgaande sleuf of opeenvolging van langwerpige openingen uitgevoerd zijn.

1011017 4

Hetzelfde geldt voor de afVoeropening. Deze kan als doorgaande ring maar eveneens als groot aantal openingen of aantal sleuven uitgevoerd zijn. Een en ander is afhankelijk van de beoogde constructie en gewenste bedrijfsomstandigheden.

Omdat het positioneergas in principe niet meedoet aan de behandeling van de 5 wafer, is het mogelijk daarvoor een aanzienlijk goedkoper gas te kiezen zoals stikstof. Wel is het wenselijk dat het gas met dezelfde temperatuur toegevoerd wordt als het eigenlijke procesgas om zo de effecten door temperatuurverschillen zoveel mogelijk weg te nemen.

Het is mogelijk de hierboven beschreven inrichting te gebruiken in combinatie 10 met een antislipring. Een dergelijke ring wordt gebruikt voor het transport van de wafer en blijft zich tijdens de behandeling van de wafer daaromheen uitstrekkend in de waferbehandelingskamer bevinden. Daarbij kan de ring deel uitmaken van de begrenzing van de opening waardoor het gas uitgevoerd wordt. Dat wil zeggen als de wafer in zwevende positie naar de ring toebeweegt wordt ter plaatse de afvoer van 15 positioneringsgas verkleind en vindt drukopbouw plaats die retour beweging veroorzaakt.

Aan de hand van de figuren wordt de uitvinding nader verduidelijkt en daarbij tonen:

Fig. 1 zeer schematisch in perspectief en gedeeltelijk opengewerkt een constructie volgens de stand der techniek; 20 Fig. 2 een eerste uitvoeringsvariant volgens de uitvinding;

Fig. 3 een wijziging van fig. 2;

Fig. 4 een verdere uitvoeringsvariant volgens de uitvinding.

In fig. 1 is zeer schematisch een inrichting voor het zwevend opnemen van een wafer afgebeeld. Deze inrichting is in het geheel met 1 aangegeven en omvat een kamer 25 9 die begrensd wordt door een bovendeel 2 en een benedendeel 3.

Behandelingsgastoevoeropeningen 4 zijn zowel in het benedendeel 3 als het bovendeel 2 aanwezig. Gas wordt afgevoerd door opening 7 welke ringvormig is en deze opening 7 is verbonden met een ringvormig kanaal 6 dat aansluit op een afvoerleiding 5. De te behandelen wafer is met 10 aangegeven. Niet aangegeven zijn in fig. 1 de verwarming en 30 de constructie waarmee het gas door de openingen 4 gedoseerd zijn. Nauwkeurige dosering voor elk van de openingen is van aanzienlijk belang om in een stabiel zwevend gedrag van de wafer te voorzien. Met het toegevoerde gas wordt enerzijds de wafer zwevend gehouden en anderzijds de wafer behandeld (chemisch of fysisch). Voor een 101 1017 5 gebruikelijke 200 mm wafer bedraagt het gasgebruik ongeveer 2-5 sim. Met deze constructie is het goed mogelijk de wafer axiaal te positioneren, maar radiale stabiliteit wordt daarmee niet verkregen. In de tekening is geen toevoer/afvoer voor de wafer getoond. Deze kan zowel horizontaal als verticaal zijn.

5 Met de uitvinding wordt in stabilisatie in radiale richting voorzien.

Een eerste inrichting waarmee een dergelijke stabiliteit mogelijk is, is in fig. 2 afgebeeld. Daarbij is de inrichting in het geheel met 11 aangegeven, het bovendeel met 12 en het benedendeel met 13, De toevoeropeningen voor het procesgas zijn met 14 aangegeven. De afvoeropening is met 17 aangegeven en deze sluit aan op een kanaal 16 10 dat verbonden is met een afvoerleiding 15. AiVoeropening 17 is als een ringvormige spleet uitgevoerd. De tussen bovendeel 12 en benedendeel 13 aangegeven ruimte is als kamer 19 aangegeven.

Behalve de hierboven beschreven gastoevoeropeningen 4 voor behandelingsgas zijn twee tegenover elkaar liggende positioneergastoevoeropeningen 18 aanwezig. In 15 deze uitvoering zijn deze openingen als een cirkelvormige groef uitgevoerd die zich langs de gehele omtrek van het bovendeel 12 en benedendeel 13 uitstrekt. Het is ook mogelijk deze groef zich slechts over een beperkt deel van de omtrek uit te laten strekken. Door deze positioneergastoevoeropening wordt gas afkomstig van een andere bron dan het gas wat ingebracht wordt in de openingen 14 (niet afgebeeld) ingebracht. De hoeveelheid gas 20 is aanzienlijk groter dan de hoeveelheid gas die ingebracht wordt via de openingen 4. Als voorbeeld wordt een verhouding van ongeveer 1,5 genoemd. Dit betekent dat tussen openingen 18 en afVoer 17 een vergrote gasstroming plaatsvindt. Daarbij wordt het eindeel van de wafer bestreken. Omdat dit einddeel niet relevant is voor het latere gebruik, is het geen probleem dat de procesomstandigheden daar gewijzigd zijn ten 25 opzichte van het overige deel van de wafer 10. Voor het overige deel van de wafer 10 geldt onverminderd dat over het gehele oppervlak de procesomstandigheden zoveel mogelijk gelijk dienen te zijn en dit wordt door sturing van de gasstroom aan de verschillende behandelingsgastoevoeropeningen 14 geregeld.

Dat wil zeggen dat door de openingen 18 een grotere stroming gas zonder meer 30 toelaatbaar is en daardoor wordt een sterk positionerend effect op het vrije einde van de wafer verkregen.

In fig. 3 is een variant van de in fig. 2 getoonde constructie weergegeven. De inrichting volgens fig. 3 is in het geheel met 21 aangegeven. Deze inrichting bestaat uit 1011017 6 een bovendeel 22 en benedendeel 23. De gastoevoeropeningen voor het behandelingsgas zijn met 24 aangegeven. De tussen bovendeel 22 en benedendeel 23 begrensde ruimte is aangegeven als kamer 29. De afvoeropening is aangegeven met 27 en deze mondt uit op een kanaal 26 dat verbonden is met een leiding 25. Bij het in fig. 3 getoonde voorbeeld 5 bestaat de afvoeropening 27 uit een aantal langs de omtrek verdeelde sleuven. Daardoor kan in verdere optimalisatie van het verloop van de druk tussen de positioneergastoevoeropening 28 en deze openingen 27 voorzien worden. In een voorbeeld voor een 200 mm wafer was de afstand tussen de wafer en het bovendeel 22 respectievelijk benedendeel 23 ongeveer 0,1-0,15 mm. De afstand tussen opening 28 en 10 de sleuven 27 was ongeveer 4 mm terwijl de lengte van de sleuven 27 ongeveer 5 mm was met een hoogte van 0,25-0,50 mm, waarbij dertig van dergelijke sleuven 27 aanwezig zijn.

Begrepen dient te worden dat de beschreven vorm van de positionneergastoevoeropening alsmede van de gasafvoeropening betrekking hebben op 15 het begrenzingsvlak met de kamer.

In fig. 4 is een verdere variant van de uitvinding afgebeeld. Deze is in het geheel met 31 aangegeven. Het bovendeel is aangegeven met 32 en het benedendeel met 33 terwijl de toevoeropeningen voor behandelingsgas met 34 aangegeven zijn. De wafer is evenals in de voorgaande figuren met 10 aangegeven en de kamer waarin deze zich 20 bevindt met 39 aangegeven. Met 37 is de gasafvoeropening aangegeven die zich thans niet meer in het verlengde middelvlak van de wafer bevindt, maar loodrecht daarop. Op gebruikelijke wijze sluit daarop een kanaal 36 aan. Het positioneergas wordt toegevoerd door een opening 38. Deze kan bestaan uit een aantal sleuven die zich uitstrekken in tangentiale richting of een aantal gaten 38 zoals in fig. 4 getoond is. Tussenliggende 25 varianten zijn eveneens mogelijk.

Bovendien is de eindbegrenzing van kamer 39 aangepast aan de vorm van de eindbegrenzing van de wafer (op in hoofdzaak identieke wijze afgerond). Een dergelijke aanpassing kan ook in de uitvoeringen volgens fig. 1-3 opgenomen worden.

Uit het bovenstaande zal begrepen worden dat talrijke varianten bestaan waarmee 30 een wafer in een kamer gepositioneerd kan worden. Benadrukt moet worden dat deze positionering niet langs de gehele omtrek van de wafer noodzakelijk is. Dit zal afhankelijk zijn van de omstandigheden. De hierboven bedoelde varianten liggen binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

1011 n17 i

Claims

1. Inrichting voor het zwevend opnemen van een wafer bijvoorbeeld voor de behandeling of transport daarvan, omvattende een opneemkamer die aan ten minste de 5 onderzijde daarvan voorzien is van behandelingsgastoevoeropeningen teneinde de wafer in zwevende positie te houden, welke inrichting voorzien is van waferpositioneermiddelen nabij ten minste een eindbegrenzing daarvan, met het kenmerk, dat die positioneermiddelen omvatten een gasafvoer (17,27, 37,44, 54) en een gastoevoer, zodanig uitmondend in die opneemkamer dat bij een verplaatsing van de 10 wafer vanuit de beoogde positie de stromingsweerstand tussen gasafvoer en gastoevoer toeneemt aan die zijde van de wafer in de richting waarvan de verplaatsing is opgetreden zodat door drukopbouw de wafer naar de beoogde positie wordt teruggedreven.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij die afvoer tenminste drie langs de omtrek van de opneemkamer aangebrachte openingen omvat, die elk door die wafer tenminste 15 gedeeltelijk afsluitbaar zijn.

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de hartlijn van die gasafvoeropening in hoofdzaak ligt in het middelvlak van de beoogde positie van die wafer en de gaspositioneertoevoeropening (18, 28) zodanig geplaatst is dat de daar uittredende stroom gas ten minste een component heeft loodrecht op dat middelvlak.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij die gastoevoeropeningen positioneergas toevoeropeningen omvatten, die nabij de buitenbegrenzing van die kamer zijn aangebracht.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende behandelingsgastoevoeropeningen ingericht om over het oppervlak van die wafer een 25 behandelingsgas toe te voeren.

6. Inrichting volgens conclusie 3 en 4, waarbij het dwarsdoorsnedeoppervlak van de positioneergastoevoeropening tenminste anderhalf maal het dwarsdoorsnede-oppervlak is van die behandelingstoevoeropeningen.

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 -5, waarbij de hartlijn van die 30 gasafvoeropening (37) in hoofdzaak loodrecht op het middelvlak van de beoogde positie van die wafer ligt en de gaspositioneertoevoeropening (38) zodanig aangebracht is dat de daar uittredende gasstroom tenminste een component heeft die in het middelvlak van de beoogde positie van die wafer ligt. 1 n 110 17 δ

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die positioneergastoevoeropening langwerpig is.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de behandelingsgastoevoeropening en die positioneergastoevoeropening op een 5 verschillende gasbron zijn aangesloten.

10. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de vorm van de monding van de gasafvoeropening in hoofdzaak overeenkomt met de vorm van de waferrand.

11. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die kamer (19,29) aan 10 tegenoverliggende zijden van positioneergastoevoeropeningen is voorzien.

12. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een afzonderlijke aiVoeropening voor behandelingsgas.

13. Inrichting volgens conclusie 12, waarbij die aiVoeropening in hoofdzaak in het hart van die kamer is aangebracht.

14. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij in de uitmonding van die gasafvoeropening een ring (49) is aangebracht. 1n11017